DE102007028823A1 - Process for producing a sheet in a rolling mill - Google Patents
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Abstract
Zur Einstellung einer gewünschten Oberflächenrauheit eines gewalzten Bleches (12) werden Arbeitswalzen (8) mit einer Beschichtung (38) eingesetzt, die aus einem duktilen Grundwerkstoff (39) mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln besteht. Durch die Wahl der Größe der Hartstoffpartikel wird eine Oberflächenrauheit der Arbeitswalze (8) gezielt eingestellt.to Setting a desired surface roughness a rolled sheet (12) are work rolls (8) with a Coating (38) used, which consists of a ductile base material (39) with incorporated therein hard material particles. By the Choice of the size of the hard particles becomes one Surface roughness of the work roll (8) targeted.
Description
Verfahren zur Herstellung eines Blechs in einer WalzstraßeProcess for the preparation a sheet in a rolling mill
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechs in einer Walzstraße.The The invention relates to a method for producing a sheet in a rolling mill.
Ausgangsprodukt für die Blechherstellung ist üblicherweise ein als Bramme bezeichneter Metallblock, der aus einem Stahlwerk, beispielsweise einer Stranggießanlage stammt. Durch Auswalzen des Metallblocks zunächst durch Warmwalzen und anschließend üblicherweise durch Kaltwalzen werden Bleche in einer gewünschten Dicke hergestellt. Hierbei wird die Bramme oder das Rohblech in einer Walzstraße in einem kontinuierlichen Vorgang durch mehrere, aufeinander folgende Walzgerüste hindurchgeführt. Die Walzgerüste weisen jeweils Arbeitswalzen auf, zwischen denen das zu walzende Blech durchläuft. Die Arbeitswalzen werden üblicherweise mit Hilfe von Stützwalzen gegen das Blech geführt. Aufgrund der beim Walzen auftretenden hohen mechanischen und im Falle des Warmwalzens auch thermischen Beanspruchungen sind die Arbeitswalzen einem hohen Verschleiß ausgesetzt. Sie sind daher üblicherweise mit einer Verschleißbeschichtung versehen.starting product for sheet metal is usually a as a slab called metal block, from a steel mill, for example a continuous casting plant comes. By rolling out the metal block first by hot rolling and then usually Cold rolling turns sheets into a desired thickness produced. Here, the slab or the raw sheet is in a rolling mill in a continuous process through several, successive ones Rolled stands passed. The rolling stands each have work rolls, between which the sheet to be rolled passes. The work rolls usually become guided by means of support rollers against the sheet. Due to the occurring during rolling high mechanical and im Case of hot rolling and thermal stresses are the Work rolls exposed to high wear. you are therefore usually provided with a wear coating.
Aufgrund des Walzens durch die Arbeitswalzen wird die Oberflächenbeschaffenheit des gewalzten Bleches maßgebend durch die Oberfläche der Arbeitswalzen bestimmt. Üblicherweise wird die Oberfläche der Walzen beispielsweise durch Schleifen oder Strahlen bearbeitet, um eine gewünschte Oberflächenplanheit (Rauheit) an den Arbeitswalzen und damit der Bleche einzustellen. Aufgrund des Verschleißes beim Walzvorgang besteht jedoch das Problem, dass ein eingestellter Rauheitswert an der Oberfläche der Arbeitswalze sich über ein zulässiges Toleranzmaß hinaus verändert. Dies führt dazu, dass die Arbeitswalze gewechselt und/oder mit einer neuen Beschichtung versehen werden muss bzw. dass die Beschichtung aufgearbeitet werden muss. Dies führt zu Produktionsausfällen und damit zu Kosten beim Betrieb einer Walzstraße. Zudem verändert sich infolge des Verschleißes der Oberfläche der Arbeitswalze auch die Beschaffenheit der Oberfläche des erzeugten Bleches, so dass unerwünschte Qualitätsschwankungen auftreten.by virtue of Rolling through the work rolls becomes the surface texture of the rolled sheet governing the surface of the work rolls. Usually the surface becomes the rollers are processed, for example by grinding or blasting, to a desired surface planarity (roughness) to adjust the work rolls and thus the sheets. by virtue of the wear during the rolling process, however, there is the problem that a set roughness value on the surface of Work roll beyond a permissible degree of tolerance changed. This causes the work roll be changed and / or provided with a new coating or that the coating must be worked up. this leads to to production losses and thus to costs during operation a rolling mill. In addition, changes as a result deterioration of a surface of a working roll also the nature of the surface of the sheet produced, so that unwanted quality fluctuations occur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verfügbarkeit der Walzen zu erhöhen und eine gleich bleibend hohe Qualität der hergestellten Bleche zu gewährleisten.Of the Invention is based on the object of availability to increase the rollers and a consistently high quality to ensure the produced sheets.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1. Danach ist zum Herstellen eines Blechs der Einsatz von Arbeitswalzen vorgesehen, die mit einer Beschichtung aus einem duktilen metallischen Grundwerkstoff mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln versehen sind. Zur Einstellung einer gewünschten Oberflächenrauheit des Blechs ist nunmehr vorgesehen, dass die Größe der in der Beschichtung eingesetzten Hartstoffpartikel geeignet gewählt wird und über die Größe der Hartstoffpartikel eine angestrebte Oberflächenrauheit der Arbeitswalzen und damit die gewünschte Oberflächenrauheit des Blechs eingestellt wird.The Task is solved according to the invention by the method according to claim 1. Thereafter for the production of a sheet, the use of work rolls is provided, those with a coating of a ductile metallic base material are provided with incorporated therein hard material particles. To adjustment a desired surface roughness of the sheet It is now envisaged that the size of the in the coating used hard material particles chosen suitably is and about the size of the hard particles a desired surface roughness of the work rolls and thus the desired surface roughness of the sheet is set.
Der besondere Vorteil bei diesem Verfahren ist darin zu sehen, dass allein durch die Beschichtung die gewünschte Oberflächenrauheit ohne weitere Nachbearbeitungsschritte, wie Schleifen, Strahlen, Polieren, etc. eingestellt wird. Bereits das Erzeugen der Beschichtung auf der Arbeitswalze mit einer definierten Oberflächenrauheit ist daher aufgrund des einstufigen Vorgangs vereinfacht gegenüber dem bisherigen Vorgehen, bei dem ein separater Arbeitsschritt erfolgen musste. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist darin zu sehen, dass nicht nur die Oberfläche der aufgebrachten Verschleißbeschichtung die Oberflächenrauheit beeinflusst, sondern dass vielmehr die Beschichtung über ihre gesamte Schichtdicke unabhängig vom jeweiligen Verschleißzustand immer die gleiche, definierte Oberflächenrauheit aufweist. Selbst bei einem zunehmenden Verschleiß der Beschichtung bleibt daher die Oberflächenrauheit, die ja durch die eingelagerten Hartstoffpartikel definiert ist, konstant. Dies führt insgesamt zu einer gleich bleibend guten und hohen Qualität bei den hergestellten Blechen.Of the particular advantage of this method is the fact that solely by the coating, the desired surface roughness without further post-processing steps, such as grinding, blasting, polishing, etc. is set. Already generating the coating the work roll with a defined surface roughness is therefore simplified due to the one-step process the previous procedure, in which a separate step had to. Another key advantage is to see that not only the surface of the applied wear coating it influences the surface roughness but rather that the coating independently over its entire layer thickness from the respective state of wear always the same, defined Surface roughness has. Even with an increasing Wear of the coating therefore remains the surface roughness, the yes is defined by the embedded hard material particles, constant. Overall, this leads to a consistently good and high quality of the produced sheets.
Sollen Bleche unterschiedlicher Chargen mit unterschiedlichen Rauheitswerten hergestellt werden, so werden hierfür Arbeitswalzen mit unterschiedlichen Beschichtungen, insbesondere mit unterschiedlichen Größen der eingelagerten Hartstoffpartikel eingesetzt.Should Sheets of different batches with different roughness values are produced, so for this work rolls with different coatings, especially with different Used sizes of the stored hard particles.
Maßgebend für die definierte Einstellung der Rauheit an der Arbeitswalze ist die Kombination aus dem duktilen, vergleichsweise weichen Grundwerkstoff mit den Hartstoffpartikeln. Aufgrund des vergleichsweise weichen Grundwerkstoffs wird die Rauheit nämlich durch die eingelagerten Hartstoffpartikel definiert, die aufgrund der mechanischen Belastung maßgebend für den Verschleißschutz sind und etwas über die Oberfläche der duktilen Matrix überstehen. Dieser Überstand definiert die Oberflächenrauheit.authoritative for the defined adjustment of the roughness on the stripper is the combination of the ductile, relatively soft base material with the hard material particles. Due to the comparatively soft Base material is the roughness namely by the stored Hard material particles defined, which are decisive due to the mechanical load are for wear protection and something over survive the surface of the ductile matrix. This supernatant defines the surface roughness.
Zweckdienlicherweise wird die Oberflächenrauheit auf einen Wert im Bereich zwischen Ra = 0,02 μm bis Ra = 1,5 μm eingestellt. Bei dem Rauheitswert Ra handelt es sich um die so genannte mittlere Rauheit, die den mittleren Abstand eines Messpunkts auf der Oberfläche zu einer Mittellinie angibt. Die Mittellinie schneidet hierbei innerhalb einer Bezugsstrecke das Oberflächenprofil derart, dass die Summe der betragsmäßigen Profilabweichungen – bezogen auf die Mittellinie – minimal wird. Die mittlere Rauheit Ra entspricht also dem arithmetischen Mittel der Abweichung von der Mittellinie. Die Werte werden jeweils in Mikrometern angegeben.Conveniently, the surface roughness is set to a value in the range of Ra = 0.02 μm to Ra = 1.5 μm. The roughness value Ra is the so-called mean roughness, which indicates the average distance of a measuring point on the surface to a center line. The center line intersects the surface profile within a reference section such that the sum of the amount profile deviations - relative to the center line - is minimal. The average roughness Ra thus corresponds to the arithmetic mean of the deviation from the center line. The values are given in microns.
Vorzugsweise wird für besonders hochwertige Blechoberflächen mit geringer Rauheit die Oberflächenrauheit der Arbeitswalzen auf einen Rauheitswert unter Ra = 0,5 μm eingestellt. Insbesondere bei derartig geringen Rauheitswerten lassen sich mit herkömmlichen Methoden der Oberflächenbehandlung durch Schleifen oder Strahlen nur unzulängliche Ergebnisse erzielen. Dagegen ist bei dem hier vorgestellten Verfahren mit der Einstellung des Rauheitswertes über die eingelagerten Hartstoffpartikel ein gleich bleibender Rauheitswert über die gesamte Beschichtungsdicke in einem vorgegebenen Toleranzbereich ermöglicht, so dass hochwertige Bleche mit geringer Rauheit und geringen Toleranzschwankungen bei der Rauheit zuverlässig hergestellt werden können.Preferably is for especially high quality sheet metal surfaces with low roughness, the surface roughness of the work rolls set to a roughness value below Ra = 0.5 μm. Especially With such low roughness values can be with conventional Methods of surface treatment by grinding or Rays only achieve inadequate results. On the other hand is in the process presented here with the setting of Roughness value over the embedded hard material particles a consistent roughness value over the entire coating thickness in a predetermined tolerance range allows, so that high quality sheets with low roughness and low tolerance variations in which roughness can be reliably produced.
Zur Einstellung der gewünschten Rauheitswerte weisen die Hartstoffpartikel vorzugsweise eine Größe im Nanometerbereich auf. Insbesondere weisen die Hartstoffpartikel eine Größe von kleiner 10 nm auf, für einen Rauheitswert der Oberflächenrauheit unter Ra = 0,5 μm. So werden beispielsweise für einen Rauheitswert Ra = 0,5 μm Hartstoffpartikel eingesetzt, die einen Durchmesser von 6 mm aufweisen. Die größten der eingebetteten Hartstoffpartikel weisen demnach eine Größe von 6 nm auf.to The desired roughness values are set by the hard material particles preferably a size in the nanometer range. In particular, the hard particles have a size of less than 10 nm, for a surface roughness roughness value below Ra = 0.5 μm. For example, for a Roughness value Ra = 0.5 μm Hard material particles used, which have a diameter of 6 mm. The biggest the embedded hard material particles therefore have a size from 6 nm up.
Zweckdienlicherweise liegt hierbei der Anteil der Hartstoffpartikel an der Beschichtung im Bereich zwischen 1 Vol% und 50 Vol%. Insbesondere liegt der Anteil zwischen 15 und 30 Vol%.Conveniently, In this case, the proportion of hard particles on the coating in the range between 1% by volume and 50% by volume. In particular, the proportion is between 15 and 30% by volume.
Als Hartstoffpartikel werden hierbei vorzugsweise Borcarbid-Partikel, Wolframcarbid-Partikel und/oder Diamant-Partikel verwendet. Es werden also insbesondere auch keramische Partikel, wie die Borcarbid-Partikel, eingesetzt, die sich durch ihre extrem hohe Harte auszeichnen.When Hard material particles are preferably boron carbide particles, Tungsten carbide particles and / or diamond particles used. So it will be especially ceramic particles, such as the boron carbide particles, used, which are characterized by their extremely high hardness.
Unter
duktilem metallischen Grundwerkstoff wird allgemein ein vergleichsweise
weicher metallischer Grundwerkstoff verstanden, der eine Vickers-Härte
von maximal etwa 180–230 HVol aufweist.
Die Härtebestimmung nach Vickers ist der Norm
Durch die Kombination eines duktilen Werkstoffes mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln werden die Arbeitswalzen mit einer Beschichtung versehen, die den extremen Belastungen standhält. Durch die Duktilität besteht im Vergleich zu einer durchgehend harten und spröden Chrom-Beschichtung eine deutlich geringere Gefahr, dass im Laufe des Betriebs die Beschichtung beschädigt und Risse oder Mikrorisse auftreten, was aufgrund der starken korrosiven Umgebung schnell zu einer unerwünschten starken Korrosion führen würde. Auch ist die Gefahr eines Abplatzens von Teilstücken der Beschichtung bei mechanischer Belastung aufgrund der hohen Duktilität deutlich geringer als bei einer spröden Beschichtung. Zugleich wird durch die eingelagerten Hartstoffpartikel eine sehr hohe Abriebfestigkeit und damit eine quasi sehr hohe Oberflächenhärte erhalten, so dass selbst bei hohen mechanischen Belastungen und hohen Abriebkräften eine lange Lebensdauer erreicht ist.By the combination of a ductile material with embedded therein Hard material particles are the work rolls with a coating provided that withstands the extreme loads. By the Ductility exists compared to a consistently hard one and brittle chrome coating a much lower Risk of damage to the coating during operation and cracks or microcracks occur, which is due to the strong corrosive Environment quickly lead to undesirable strong corrosion would lead. Also, the risk of chipping off of parts of the coating under mechanical stress due to the high ductility significantly lower than at a brittle coating. At the same time, the embedded hard material particles a very high abrasion resistance and thus a quasi very high surface hardness so that even at high mechanical loads and high abrasion forces a long life is reached.
Eine
derartige Beschichtung aus einem duktilen metallischen Grundwerkstoff
mit darin eingelagerten Hartstoffpartikeln ist in der unveröffentlichten deutschen
Anmeldung
Zweckdienlicherweise wird als Grundwerkstoff Nickel oder eine Nickellegierung verwendet. Der besondere Vorteil der Nickelbeschichtung für derartige Bauteile ist in der sehr hohen Dichtheit der Nickelbeschichtung zu sehen, wodurch das Bauteil sehr effektiv vor Korrosion geschützt wird. Zugleich weist Nickel eine gute Wärmeleitfähigkeit auf, so dass über diese Beschichtung auch ein guter gesteuerter Wärmefluss ermöglicht wird.Conveniently, is used as the base material nickel or a nickel alloy. The particular advantage of the nickel coating for such Components is in the very high tightness of the nickel coating To see what makes the component very effectively protected against corrosion becomes. At the same time, nickel has good thermal conductivity on, so that about this coating also a good controlled Heat flow is enabled.
Bei der Verwendung einer Nickellegierung für den Grundwerkstoff oder die Grundmatrix liegt der Nickelanteil vorzugsweise im Bereich zwischen 65 und 95 Vol% und liegt insbesondere im Bereich von etwa 75 Vol%, bezogen jeweils auf das Gesamtvolumen der Beschichtung. Als Legierungsbestandteile sind vorzugsweise Wolfram und/oder Eisen und/oder Kobalt vorgese hen. Besonders bevorzugt wird hierbei Kobalt eingesetzt. Auch eine Beschichtung bestehend aus den Bestandteilen Nickel, Wolfram und Eisen hat sich als geeignet herausgestellt.at the use of a nickel alloy for the base material or the base matrix, the nickel content is preferably in the range between 65 and 95% by volume and is especially in the range of about 75% by volume, based in each case on the total volume of the coating. As alloying components are preferably tungsten and / or iron and / or cobalt vorgese hen. Cobalt is particularly preferred used. Also a coating consisting of the components Nickel, tungsten and iron proved to be suitable.
Zweckdienlicherweise liegt hierbei der Anteil der Legierungsbestandteile in einem Bereich zwischen etwa 10 und 20 Vol%. Weiterhin liegt vorzugsweise der Anteil der Hartstoffpartikel in einem Bereich zwischen 5 und 30 Vol%.Conveniently, Here, the proportion of alloying components in a range between about 10 and 20% by volume. Furthermore, the proportion is preferably the hard material particles in a range between 5 and 30% by volume.
Die Dicke der Beschichtung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen etwa 0,7 bis etwa 6 mm und liegt insbesondere im Bereich zwischen etwa 2 und 3 mm. Es hat sich gezeigt, dass die Beschichtung mit einer derartigen Schichtdicke den hohen Anforderungen besonders genügt.The Thickness of the coating is preferably in the range between about 0.7 to about 6 mm and is in particular in the range between about 2 and 3 mm. It has been shown that the coating with a such layer thickness particularly meets the high requirements.
Die Beschichtung wird bevorzugt in einem so genannten und bei Walzenbeschichtungen an sich bekannten horizontalen Rotations-Beschichtungsverfahren aufgebracht. Bei diesem Verfahren wird die Beschichtung als zähflüssige Masse auf den rotierenden Grundkörper sukzessive mit Hilfe eines Auftragswerkzeugs aufgebracht, wobei das Auftragswerkzeug kontinuierlich in Längsrichtung des rotierenden Grundkörpers verfahren wird.The coating is preferably in such a way mentioned and applied in roll coatings known horizontal rotary coating method. In this method, the coating is applied as a viscous mass to the rotating body successively using a job tool, wherein the application tool is moved continuously in the longitudinal direction of the rotating body.
Alternativ wird die Beschichtung elektrolytisch aufgebracht. Zur Ausbildung der Beschichtung wird das zu beschichtende Bauteil in ein oder mehrere Galvanikbäder eingetaucht. Als Elektrode wird eine Elektrode bestehend aus dem Grundwerkstoff, beispielsweise eine Nickel- oder eine Nickellegierung-Elektrode verwendet. Die Hartstoffe werden hierbei dem Galvanikbad zugegeben, so dass sie mit den Metallionen der Nickelelektrode zu dem zu beschichtenden Bauteil wandern und sich dort gemeinsam mit den die Matrix bildenden Nickelionen ablagern.alternative the coating is applied electrolytically. For training the coating becomes the component to be coated in one or more Electroplating baths immersed. The electrode becomes an electrode consisting of the base material, such as a nickel or used a nickel alloy electrode. The hard materials are here added to the electroplating bath so that it interacts with the metal ions of the nickel electrode migrate to the component to be coated and there together deposit with the nickel ions forming the matrix.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischen und stark vereinfachten Darstellungen:One Embodiment of the invention will be described below explained in detail the drawing. Each show in schematic and simplified representations:
In den einzelnen Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In The individual figures are the same acting parts with the same Provided with reference numerals.
Die
stark vereinfacht dargestellte Walzstraße
Beim
Walzen werden die Arbeitswalzen
Auf
einen Grundkörper
On a basic body
Die
hohe Gasdichtheit wird durch die Nickelmatrix bereits bei einer
sehr geringen Schichtdicke von etwa 10 μm erreicht. Gegenüber
einer mikrorissigen Hartchrombeschichtung ist daher eine verbesserte
Korrosionsbeständigkeit gegeben. Aufgrund der guten thermischen
Leitfähigkeit des Nickel-Grundwerkstoffs
Die
mechanische Belastbarkeit der Beschichtung wird insbesondere durch
die eingelagerten Hartstoffpartikel
Da
die Partikel teilweise über die Matrix
Bevorzugt werden daher für Rauheitswerte Ra von bis zu 0,5 μm Partikelgrößen von etwa bis zu 10 nm, für Rauheitswerte Ra von 0,5 μm bis 1 μm Partikelgrößen von etwa 5 nm bis etwa 40 nm und für Rauheitswerte Ra von 1 μm bis 1,5 μm Partikelgrößen von etwa 30 nm bis 100 nm herangezogen.Prefers therefore, for roughness values Ra of up to 0.5 μm Particle sizes of up to about 10 nm, for Roughness values Ra from 0.5 μm to 1 μm particle sizes from about 5 nm to about 40 nm and for roughness values Ra of 1 μm to 1.5 μm particle sizes from about 30 nm to 100 nm.
Aufgrund
der homogenen Verteilung der Hartstoffpartikel
Der
Anteil der Hartstoffpartikel
Eine
Beschichtung auf Basis einer Nickel-Kobalt-Legierung weist hierbei
beispielsweise eine Zusammensetzung von etwa 63 Vol% Nickel, 12 Vol%
Kobalt und 25 Vol% Borcarbid-Partikel
Durch
die hier beschriebene Beschichtung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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